建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析崔玉龙

建筑结构设计中剪力墙结构设计的应用分析崔玉龙

崔玉龙闫泽宇

1.陕西方圆工程设计有限责任公司陕西省710077

2.陕西省建筑设计研究院有限责任公司陕西省710018

摘要：在建筑工程中，建筑结构设计中剪力墙结构设计是十分重要的内容，剪力墙结构在建筑结构中主要承受风荷载和地震作用，它对建筑结构的稳定有着直接的关系，同时也是保护建筑工程内人员和财产安全的必要的措施。因此，为了更好的实现建筑结构的性能，结构设计人员必须要把握剪力墙设计的原则，进而合理有效的应用到建筑结构的设计中，来提高建筑工程的质量。

关键词：建筑结构设计；剪力墙结构设计；应用

1剪力墙结构概述

建筑剪力墙结构具体是指建筑房屋及其附属物中用于抵抗地震、风负荷等水平荷载影响的墙体。其设计初衷是防止建筑在使用年限内遭到外力破坏，增加结构稳定性和承载能力。目前应用较多的建筑结构包括框架结构、框筒结构、混合结构和剪力墙结构等，其中，剪力墙结构相比于其他建筑结构形式，抗侧刚度高，抗震性能优越，用钢量较小。随着剪力墙结构施工工艺的日益成熟，目前已经在建筑工程中得到了广泛应用。采用剪力墙结构进行设计施工，主要建筑材料为钢筋混凝土，利用该结构墙板承受横向和竖向荷载力。在实际施工中，主用利用剪力墙代替柱承受竖向荷载力。

2剪力墙结构设计的原则

2.1控制剪力墙的高度和宽度

建筑结构设计中剪力墙结构具有着重要的作用，它对建筑物起着一种支撑作用，同时它也能够对各种荷载起到一定的抵挡作用，不仅竖向承载能力好，还具有很好的抗震能力。剪力墙主要包括墙肢和连梁，而在剪力墙结构的设计中一定要控制好剪力墙的高宽比，保证剪力墙结构发挥延性，抵抗地震作用。因此，在对剪力墙结构的设计中，当剪力墙高宽比小于等于4，参考柱体结构原则进行设计；对于比值在4-8之间的，为短肢剪力墙，在剪力墙结构尽量避免；高宽比大于8，按一般剪力墙进行设计。

2.2避免剪力墙与平面外梁相连

剪力墙的结构主要是承载平面内的作用力，而对于平面外的承载能力一般都是比较小的，因此，在剪力墙的结构中，如果和平面外梁相连则很容易就会造成墙肢向外弯曲的情况，为了避免外墙向外弯曲，在对剪力墙结构设计的时候就要特别注意不要和平面外梁相连，而如果剪力墙不能避免和平面外梁相连的时候，在对剪力墙的结构设计中就要加强相应的保护措施，如增加壁柱、柱等方式，来减少梁端部弯矩对墙的不利影响。

2.3满足剪力墙结构参数设计要求

对剪力墙结构位移比、刚重比、侧向刚度比、层间位移角以及周期比等参数进行有效控制，可以使结构设计合理科学，利于抗震。剪力墙布置尽量对称、均匀，沿建筑物的主要轴线双向布置；剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。同时，要严格对结构布置自身具有的不规则性进行限值，从而防止出现大的偏心力，进而导致结构出现扭转效应。

3剪力墙结构在建筑结构设计中的应用

3.1墙体受力分析

在建筑结构设计中，剪力墙结构作为一种重要的竖向构件，承受着水平和垂直方向的作用力，在进行墙体设计时，要全面分析墙体受力情况，确保墙体自身强度满足工程要求，发挥出剪力墙的作用。因此，在剪力墙结构设计中，首先要结合建筑实际情况，做好受力分析，全方位考虑墙体承受的荷载力大小和作用形式。

3.2平面内搭接

剪力墙结构主要作用为提高结构物的承受水平荷载力和地震作用的能力，因此，在设计过程中，对剪力墙结构刚度有着较高要求。剪力墙结构平面布置方向应采取沿建筑物的主轴线方向双向布置，特别是在抗震结构中，应避免仅单向有墙的结构布置形式，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。剪力墙应尽量拉通对直，以增加抗震能力。剪力墙结构垂直方向的布置应采取从下到上的连续布置方式，防止出现刚度突变现象，确保剪力墙结构的强度均匀分配。在剪力墙结构的开洞处，要做好连梁和墙肢设计。就整体而言，应控制好剪力墙结构数量，避免出现剪力墙结构密集的情况，平衡好建筑整体的抗侧力刚度，合理布置建筑结构平面。如果剪力墙结构的抗侧力刚度或重力过大，会影响建筑整体抗震性能。此外，在设计过程中还要避免剪力墙结构与平面外梁体相连的情况，从而避免梁端弯矩对剪力墙产生不利影响。

3.3超限调整

在建筑剪力墙设计过程中，应遵守楼层间剪力墙数最小的设计原则，在建筑结构设计初期，充分考虑建筑抗震性需求，适当降低结构自重，确保剪力墙结构的地震倾覆力矩所占的比例在40%以内。其次，调整楼层间的最大位移数与层高的比例，使其在地震力作用下，建筑所受的扭转和剪切作用力导致的层间位移能够被控制在允许范围以内。因此，剪力墙结构不能只依靠竖向构件数量设计控制建筑变形，还需要调整好最大位移与层高的比例，降低建筑的扭转和剪切变形。根据相关规定，剪力墙结构的超限调整要满足连梁剪力与弯矩跨高比大于2.5的要求，但跨高比不是越大越好，当跨高比达到6以上时，不仅不会改变连梁刚度，还会导致剪力墙出现超限问题，增大结构突变的发生几率，影响建筑整体施工质量。如果跨高比是5~6，应采取框架式结构。只有调整好剪力墙结构超限问题，才能为建筑整体设计质量提供保障。

3.4平面布置

建筑剪力墙结构的平面布置原则是尽量做到均匀和对称，虽然在实际施工中，同一平面内剪力墙结构的重量中心难以与刚度中心完全重合，但要尽量让两者接近，提高建筑稳定性，减少扭曲。在设计中如果剪力墙结构的连续长度过长，应设计开洞，将其均匀划分成几段长度相等的墙面，避免墙体结构受到剪切力破坏。根据相关标准规定，独立剪力墙结构的墙面总高度与截面高度的比例大于2，开洞口要保持上下对齐，呈列状分布。如果剪力墙的开洞存在交错或叠合，会减小剪力墙结构的刚度，容易出现变形现象。在抗震性设计方面，应采取双向或多向的平面布置方式，确保正常发挥剪力墙功能。如果剪力墙结构的洞口与墙边（或洞口与洞口）形成的墙肢截面高度与其厚度的比例小于4，即小墙肢类型的情况下，需要按框架柱进行设计，对剪力墙结构箍筋进行加密。过长的墙肢分段施工，超过8m以上的墙肢设计施工洞，将其划分为较短的小墙肢。此外，在设计过程中还要控制好抗侧力刚度，采用公式T=n（0.05~0.06）进行计算，其中T为抗侧力刚度，n为建筑楼层数。

3.5墙体厚度设计

在墙体截面厚度及尺寸设计方面，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）11.7.12条规定中有明确要求，应根据标准规定进行设计。墙肢截面的厚度及尺寸不能满足11.7.12条规定时，可按稳定要求进行验算。剪力墙井筒部位，可适当减小墙厚度。为防止建筑剪力墙结构出现刚度突变，墙体厚度设计应采取阶段变化设计方法，变化范围控制在50~100mm以内，确保其均匀变化。对于混凝土的等级和强度均发生改变的情况，错开楼层进行设计，通过控制墙体厚度，确保建筑结构具有足够的稳定性。

4结论

综上所述，剪力墙结构在建筑结构设计中的应用可以提高建筑结构刚度和抗震性能。通过分析剪力墙结构的特点和分类，可以帮助建筑设计合理选择剪力墙结构类型，充分发挥剪力墙结构的作用。在设计过程中，做好相关受力分析和承压计算，合理确定剪力墙比例、墙体厚度等重要参数，满足实际建筑工程需要，为建筑提供足够的稳定性。

参考文献：

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